DE102009053825A1 - Optical sensor device for detecting ambient light - Google Patents
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Abstract
Eine optische Sensorvorrichtung zur Detektion von Umgebungslicht ist an eine Scheibe (10) ankoppelbar, insbesondere an eine Windschutzscheibe eines Fahrzeugs. Die optische Sensorvorrichtung umfasst eine Sensoreinheit, die wenigstens einen Lichtempfänger (22) für Umgebungslicht und eine Linsenplatte (12) zur gerichteten Auskopplung eines Umgebungslichtbündels (26) aus der Scheibe (10) auf den Lichtempfänger (22) aufweist. Die Linsenplatte (12) hat eine dem Lichtempfänger (22) zugewandte Fläche (18), die im angekoppelten Zustand der optischen Sensorvorrichtung im Wesentlichen parallel zur Scheibe (10) orientiert ist. Die Fläche (18) weist eine Prismenstruktur (20) mit mehreren Einzelprismen (24) auf, welche so ausgelegt sind, dass sie die Strahlen eines bestimmten, durch eine Hauptrichtung (A) und einen Öffnungswinkel definierten Umgebungslichtbündels (26) auf den Lichtempfänger (22) lenken.An optical sensor device for detecting ambient light can be coupled to a pane (10), in particular to a windshield of a vehicle. The optical sensor device comprises a sensor unit, which has at least one light receiver (22) for ambient light and a lens plate (12) for directed coupling of an ambient light beam (26) from the pane (10) onto the light receiver (22). The lens plate (12) has a surface (18) facing the light receiver (22) which, in the coupled state of the optical sensor device, is oriented essentially parallel to the disk (10). The surface (18) has a prism structure (20) with a plurality of individual prisms (24) which are designed such that they project the rays of a specific ambient light bundle (26) defined by a main direction (A) and an opening angle onto the light receiver (22 ) to steer.
Description
Die Erfindung betrifft eine optische Sensorvorrichtung zur Detektion von Umgebungslicht, die an eine Scheibe ankoppelbar ist, insbesondere an eine Windschutzscheibe eines Fahrzeugs, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to an optical sensor device for detecting ambient light which can be coupled to a pane, in particular to a windshield of a vehicle, according to the preamble of claim 1.
Solche Sensorvorrichtungen werden hauptsächlich als Lichtsensoren zur Steuerung der Fahrzeugbeleuchtung eingesetzt. Die Verwendung klassischer Linsen zur Beeinflussung des Strahlengangs, wie z. B. die gegen die Windschutzscheibe geneigten Linsen des in der
Kleinere Bauformen sind, wie z. B. aus der
Die
Weitere grundsätzliche Nachteile bekannter optischer Umgebungslichtsensorvorrichtungen sind im hohen Herstellungsaufwand und in einem zu engen Empfangsbereich zu sehen. Der Versuch, bei Sensorvorrichtungen mit Fresnellinsen eine Ausweitung dadurch zu produzieren, dass der Lichtempfänger weiter oder näher zum Brennpunkt der Fresnellinse platziert wird, scheitert an der damit einhergehenden Aufspaltung der Empfangscharakteristik in ein weiteres oder mehrere weitere Strahlenbündel weit außerhalb des vorgesehenen Empfangsbereichs. Gleiches gilt für den Versuch, die Empfängerfläche zu vergrößern.Further basic disadvantages of known optical ambient light sensor devices can be seen in the high production costs and in a too narrow reception range. The attempt to produce an expansion in sensor devices with Fresnel lenses in that the light receiver is placed further or closer to the focal point of the Fresnel lens, fails in the associated splitting of the reception characteristic in a further or more further radiation beam far outside the intended reception area. The same applies to the attempt to increase the receiver surface.
Aus der
Die
Aufgabe der Erfindung ist es, eine gewünschte Empfangscharakteristik zu erreichen, ohne dass die für die Fresnel-Prismatechnik typische Aufspaltung der Empfangscharakteristik in einen erwünschten und einen unerwünschten Bereich stattfindet.The object of the invention is to achieve a desired reception characteristic, without the splitting of the reception characteristic typical of Fresnel prism technology taking place in a desired and an undesired range.
Gelöst wird diese Aufgabe durch eine optische Sensorvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte und zweckmäßige Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen optischen Sensorvorrichtung sind in den Unteransprüchen angegeben.This object is achieved by an optical sensor device having the features of claim 1. Advantageous and expedient embodiments of the optical sensor device according to the invention are specified in the subclaims.
Die erfindungsgemäße optische Sensorvorrichtung dient zur Detektion von Umgebungslicht und ist an eine Scheibe ankoppelbar, insbesondere an eine Windschutzscheibe eines Fahrzeugs. Die optische Sensorvorrichtung umfasst eine Sensoreinheit, die wenigstens einen Lichtempfänger für Umgebungslicht und eine Linsenplatte zur gerichteten Auskopplung eines Umgebungslichtbündels aus der Scheibe auf den Lichtempfänger aufweist. Die Linsenplatte hat eine dem Lichtempfänger zugewandte Fläche, die im angekoppelten Zustand der optischen Sensorvorrichtung im Wesentlichen parallel zur Scheibe orientiert ist. Die Fläche weist eine Prismenstruktur mit mehreren Einzelprismen auf, welche so ausgelegt sind, dass sie die Strahlen eines bestimmten, durch eine Hauptrichtung und einen (vorzugsweise von Null verschiedenen) Öffnungswinkel definierten Umgebungslichtbündels auf den Lichtempfänger lenken.The optical sensor device according to the invention serves for the detection of ambient light and can be coupled to a pane, in particular to a windshield of a vehicle. The optical sensor device comprises a sensor unit, which has at least one light receiver for ambient light and a lens plate for the directed extraction of an ambient light beam from the pane onto the light receiver. The lens plate has a surface facing the light receiver, which is oriented substantially parallel to the disc in the coupled state of the optical sensor device. The surface has a prism structure with a plurality of individual prisms, which are designed to direct the rays of a specific, defined by a main direction and a (preferably non-zero) opening angle on the light receiver.
Da die erfindungsgemäße optische Sensorvorrichtung für ihre Funktion zur Erfassung von gerichtetem Umgebungslicht nur die eine Prismenstruktur benötigt, ist die Herstellung vereinfacht, und es ist eine äußerst kompakte Bauform möglich.Since the optical sensor device according to the invention for their function for detecting ambient light directed only the one Prism structure required, the production is simplified, and it is an extremely compact design possible.
Dementsprechend ist die auf der dem Lichtempfänger zugewandten Fläche der Linsenplatte angeordnete Prismenstruktur in vorteilhafter Weise so gestaltet, dass sie auf das Umgebungslichtbündel die Wirkung einer Sammellinse hat, deren Fokus auf dem Lichtempfänger liegt.Accordingly, the prism structure arranged on the surface of the lens plate facing the light receiver is advantageously designed such that it has on the ambient light bundle the effect of a converging lens whose focus lies on the light receiver.
Die Einzelprismen der Prismenstruktur sind vorzugsweise so ausgelegt, dass sie Strahlen des Umgebungslichtbündels, die unter verschiedenen Winkeln in die Linsenplatte eintreten, auf den Lichtempfänger fokussieren. Das bedeutet anders ausgedrückt, dass die Einzelprismen verschiedenen vertikalen Lichteintrittswinkeln zugeordnet sind. Eine solche Gestaltung der Einzelprismen ermöglicht es, den Empfangsbereich der Sensoreinheit definiert auszuweiten, ohne dass eine Aufspaltung in mehrere Lichtbündel produziert wird.The individual prisms of the prism structure are preferably designed so that they focus rays of the ambient light beam which enter the lens plate at different angles onto the light receiver. In other words, this means that the individual prisms are assigned to different vertical light entry angles. Such a design of the individual prisms makes it possible to expand the receiving range of the sensor unit in a defined manner without producing a splitting up into a plurality of light bundles.
Die Prismenstruktur kann eine lineare Struktur sein, bei der Reihen von Einzelprismen entlang von parallelen Geraden angeordnet sind.The prism structure may be a linear structure in which rows of single prisms are arranged along parallel lines.
Die Prismenstruktur kann aber auch eine nicht-lineare, vorzugsweise rotatorische Struktur sein, bei der Reihen von Einzelprismen entlang von parallelen Kurven, insbesondere Kreislinien, angeordnet sind. In diesem Fall bestimmen die Radien den horizontalen Öffnungswinkel des Umgebungslichtbündels.However, the prism structure may also be a non-linear, preferably rotational structure, in which rows of individual prisms are arranged along parallel curves, in particular circular lines. In this case, the radii determine the horizontal opening angle of the ambient light beam.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung kann die Linsenplatte auf der dem Lichtempfänger zugewandten Fläche auch zwei oder mehr Prismenstrukturen mit mehreren Einzelprismen aufweisen, welche so ausgelegt sind, dass sie die Strahlen wenigstens zweier Umgebungslichtbündel mit verschiedenen Hauptrichtungen auf den Lichtempfänger lenken.According to one embodiment of the invention, the lens plate on the surface facing the light receiver may also have two or more prismatic structures with a plurality of single prisms, which are designed so that they direct the rays of at least two ambient light bundles with different main directions on the light receiver.
Besonders platzsparend ist eine Ausführungsform, bei der zwei oder mehr Prismenstrukturen wenigstens teilweise ineinander integriert (d. h. einander überlagert) sind.Particularly space-saving is an embodiment in which two or more prismatic structures are at least partially integrated with each other (i.e., superimposed on each other).
Zum Schutz des Lichtempfängers vor unerwünschtem Fremdlichteinfluss ist gemäß einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der optischen Sensorvorrichtung auf der dem Empfänger zugewandten Fläche um die Prismenstruktur herum eine für Umgebungslicht undurchlässige Lichtsperre angeordnet. Die Lichtsperre kann in unterschiedlicher Weise realisiert sein, beispielsweise als dunkler Aufdruck oder als dunkle Kunststoffschicht.In order to protect the light receiver against unwanted extraneous light influence, a light barrier which is impermeable to ambient light is arranged around the prism structure on the surface facing the receiver according to a particularly advantageous embodiment of the optical sensor device. The light barrier can be realized in different ways, for example as a dark imprint or as a dark plastic layer.
Ein optimaler Schutz für den Lichtempfänger ergibt sich durch eine Ausgestaltung, bei der der Lichtempfänger, bezogen auf eine den Lichtempfänger schneidende Normale zur ersten Fläche, hinter der Lichtsperre positioniert ist.An optimal protection for the light receiver results from an embodiment in which the light receiver, based on a normal to the light receiver intersecting the first surface, is positioned behind the light barrier.
In einer vorteilhaften Ausführungsform eines Regen/Licht-Sensors ist neben der erfindungsgemäßen optischen Sensorvorrichtung für Umgebungslicht noch eine optische Regensensorvorrichtung zur Erfassung von Benetzungsereignissen auf der Scheibe vorgesehen, wobei sich die Sensorvorrichtungen eine gemeinsame Linsenplatte teilen, in der alle Prismenstrukturen ausgebildet sind.In an advantageous embodiment of a rain / light sensor, an optical rain sensor device for detecting wetting events on the pane is provided in addition to the optical ambient light sensor device according to the invention, wherein the sensor devices share a common lens plate in which all prismatic structures are formed.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und aus den beigefügten Zeichnungen, auf die Bezug genommen wird. In den Zeichnungen zeigen:Further features and advantages of the invention will become apparent from the following description and from the accompanying drawings, to which reference is made. In the drawings show:
Die in
Auf einer von der Windschutzscheibe
Eine bezogen auf eine Hauptrichtung A unter einem spitzen Winkel auf die Windschutzscheibe
Eine weitere Besonderheit der Prismenstruktur
Um die beiden vorgenannten Funktionen (Sammellinse und Empfangsbereichausweitung) zu erfüllen, weisen die Einzelprismen
Die Linsenplatte
Um die Prismenstruktur
Die Lichtsperre
Die Herstellung der Linsenplatte
In der Praxis werden kombinierte Regen/Licht-Sensoren benötigt. Ein Regensensor enthält eine Anzahl von Sensoreinheiten, die ebenso wie die Sensoreinheit des beschriebenen Umgebungslichtsensors aktive optische Strukturen erfordern. Der besondere Aufbau des Umgebungslichtsensors erlaubt es, dass sich die Sensoreinheiten des Umgebungslichtsensors und des Regensensors eine gemeinsame Linsenplatte
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 1010
- WindschutzscheibeWindshield
- 1212
- Linsenplattelens plate
- 1414
- Kopplercoupler
- 1616
- erste Fläche der Linsenplattefirst surface of the lens plate
- 1818
- zweite Fläche der Linsenplattesecond surface of the lens plate
- 2020
- Prismenstrukturprismatic structure
- 2222
- Lichtempfängerlight receiver
- 2424
- Einzelprismenindividual prisms
- 2626
- Lichtbündellight beam
- 28, 28'28, 28 '
- Reihen von EinzelprismenRows of single prisms
- 3030
- Lichtsperrelight barrier
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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